沙漠地区天然气集气站高压阀组安装的施工特点

摘要集气站是气田内部集输系统中最重要的一部分，它的功能是收集各气井的天然气，并经加热、节流、分离、计量后集中输入集气管道，以达到天然气集输的目的。而集气站建设最突出的重点和难点就是进站阀组和节流阀组管线的施工及防变形措施。集气站阀组汇管三通多，管壁厚，管径小，焊口多，阀组长，焊接变形量大；矫正效果差；阀门重量大对管线的单向拉力大；管线压力高，焊接质量要求高；沙漠地带土质松散，管线不宜固定。针对这些特点，通过对集气站建设多年的施工经验，对沙漠地区天然气集气站高压阀组安装的施工特点做简要论述。

关键词：阀组；防变形；焊接；混凝土支墩

中图分类号：P755.1 文献标识码：A

1施工特点及原理

1.1现状

自2002年我们开始进军大牛地气田，先后建设、改造了33个集气站。为中石化华北分公司的稳定生产打下了坚实的基础。在气站建设过程中我们从6个月完成一个站的初验到如今的2个月就可以投如使用，我们实现了质的飞跃，曾经的“阀组难，半年干不完”到如今的半个月完成进站阀组及节流阀组的安装。不仅在技术上开发了新的技术方法而且也为施工的质量增加了有力的保障。

1.2适用范围

主要用于沙漠地带高压（及中压）阀组（压力6.3～25MPa）预制及安装工作，当然也可用于非沙漠地带内的高压阀组施工，射线探伤100%，超声波探伤100%。

1.3工艺原理

工艺原理是在普通阀组施工的基础上，针对沙漠地带高压阀组的安装，把先进的技术同科学的管理相结合，合理增加辅助设施，合理安排施工工序，保证管线的焊接质量，提高施工效率，降低工程成本。

1.4工艺流程

1.5材料及管件特点

进站阀组区主要有管道、管件、阀门组成，进站阀组区处于高压区，所有材料及设备的压力均为25MPa，压力相当高。节流阀组区主要有管道、管件、阀门及流量调节器组成，材料及阀门的压力等级分两种。所有高中压管件在内径≤50mm的情况下，均采用高中压承插管件，以保证焊接质量（减少RT探伤的数量）。如果设计图纸是对焊管件在图纸会审时即可提出改为承插管件，再无特殊要求的情况下一般甲方和设计均会同意。进站阀组及节流阀组的主要材料如下：

表1.5.1进站阀组及节流阀组材料表

图1.5.1进站阀组图

1-1剖面图

图1.5.2节流阀组图

节流阀组断面图

2 主要施工方法要点

2.1测量放线

施工时根据设计图纸在进站阀组、节流阀组的进行现场测量、放线。用白灰撒出边界。由于处于沙漠地段，阀组区域采用大开挖，进站阀组0.4m*18m；节流阀组0.4m*21m；开挖至设计标高-300mm处后，采用水坠法进行强化处理，如果放线区属于场地回填区采用深挖至设计标高-900mm处（如果老土层高于设计标高-900时开挖至老土层即可）每300mm一层分层水坠（1）。以保证基槽底部0.97的压实系数。

2.2条形基础施工

为了保证施工质量和施工进度，在设计范围外合理增加混凝土基础用来防止阀组安装时的变形及降低施工的难度。

2．2．1进站阀组距条形基础两端1.4米位置分别加0.3米*0.3的预埋件一个，中间隔5米加0.3米*0.3的预埋件。预埋件共4个，浇筑C20素混凝土条形基础，施工完后在预埋件上增加φ48钢管支架，支架高度与放空主汇管底部同高。

工艺安装施工完后，为防止在回填过程中造成阀组二次变形，回填之前在进站阀组单井来气方向1.1米处增加砼条形基础四组；在进站阀组去加热炉方向0.8米处增加砼条形基础四组。长3.6米，宽0.3米，深0.3米。

2．2．2节流阀组

在去分离器汇管联箱底部施工长21米的C20砼地梁素混凝土基础一组，基础宽0.4米，深0.3米，基础上表面标高为-1.7米；长条基础北侧起点中心坐标为：A 30 、B74。同时在距两端1.4米位置分别加0.3米*0.3的预埋件一个，中间均布6个预埋件。预埋件共8个，

工艺安装施工完后，为防止在回填过程中造成阀组二次变形，回填之前在阀组来气方向1.1米处增加砼条形基础四组；长3.6米，宽0.3米，深0.3米。

表2.2.1条形基础方案对比

2.3阀组预制焊接

由于土建基础的施工，极大的增强了预制的可能性。阀门可以在地下预制完直接安装在管线上，并且无论进站阀组还是节流阀组都可以在现场安装时统一吊装焊接在承插三通上即可。

阀组预制的关键在于主汇管的预制防变形，这里主要是进站阀组的防变形，因为节流阀组的主汇管在底下要在现场直接在预制土建砼地梁上施工。首先我们了解一下进站阀组的汇管的焊接材料，主要是由一个DN80 PN250的高压管帽、32个DN80*40PN250高压对焊异径三通、33段0.4mΦ89*10的高压管段组成，共有66道高压对焊焊口，焊接变形在所难免。

焊接变形产生的原因有两种：

（1）焊接时，由于局部高温加热而造成焊件上温度分布不均匀，最终导致在结构内部产生了焊接应力与变形。（内变形）（2）

（2）焊缝金属冷却时，当它由液态转为固态时，其体积要收缩。由于焊缝金属与母材是紧密联系的，因此，焊缝金属并不能自由收缩，这将引起整个焊件的变形，同时在焊缝中引起残余应力。 (缩边)（2）

图2.3.1焊接变形与热输入的关系（3）

防治焊接变形的放放有很多，这里主要采用通过合理的焊接方向、焊接顺序来控制焊接变形以及冷焊法。

首先把进站阀组分成两段预制，一段为32道焊口，另一段31道口。焊接采用焊接线能量小的氩弧焊进行四角点焊，这时两个焊工分别从两边电流宜调小、焊接速度宜快，这样大大减小了焊接的变形量，待两个焊工均点焊完32道焊口后，在进行锤击矫正。锤击矫正可使焊缝金属产生延伸变形，能抵消一部分塑性变形，起到减小焊接应力的作用。锤击时注意施力应适度，以免施力过大而产生裂纹。矫正好以后在进行整体第一层打底焊。打底全部完成后在进行第二遍和第三遍的填充盖面（4）。整体焊接完后再进行火焰矫正（利用火焰对焊件进行局部加热，使焊件产生新的变形去抵消焊接变形）。

最后再把两段阀组焊接在一块，焊接方法同前面一样。

无论进站阀组还是节流阀组，所有对焊法兰焊口均在预制期间全部对焊完成，并进行100%射线探伤及100%超声探伤，不合格的焊口进行返修。如果是阀组汇管上的焊口不合格，返修时要用同样的防变形方法进行焊接。

2.4阀门安装

阀组的阀门大多为高压阀门，阀门重量大，阀门单体重48.6kg，对阀组施工的单向拉力大，在现场不好施工，所以，我们在预制完成后把所有阀门和预制法兰管段进行阀门安装。以减少在现场安装时的危险性及安装难度。使阀门的单向拉力得以削减或消除。

2.5辅助支架施工

（1）进站阀组区，在条形基础的每个埋件上焊接Φ114*4的废旧钢管立柱，高度为3.61米。立柱顶端开口处依照Φ89*11管线放样，制作马鞍口。如下图：

图2.5.1进站阀组

准备Φ48*4废旧钢管3.2米16根，Φ48*4废旧钢管2.5米8根，Φ48*4废旧钢管18米2根（建议用整根的管线场焊，以避免因长度问题而搬用麻烦）。

（2）节流阀组在增加的土建砼支墩埋件处，焊接已经预制好的管道支撑。埋件采用δ=5mm厚的钢板组成。形状如下图所示：

图2.5.2 节流阀组预埋件图

准备Φ48*4废旧钢管1.8米共12根，Φ48*4废旧钢管3.5米12根，Φ48*4废旧钢管焊接成27米长的钢管2根（建议用整根的管线场焊，以避免因长度问题而搬用麻烦）。

2.6现场施工

阀组施工的原则是先安装汇管，再安装立管，最后安装水平管。根据阀组汇管的位置不同选择不同的安装顺序进行焊接安装。进站阀组汇管位于地面以上阀组最高平面上，所以安装阀组的安装顺序是先从上往下，阀组焊接的另一个原则其次安装立管，所以再从下往上安装；节流阀组的汇管位于地面以下最低面上，所以节流阀组的安装顺序是从下往上依次焊接安装即可。

（1）进站阀组，先从上往下安装。首先把预制好的Φ89*11汇管焊接在辅助施工基础立柱Φ114*4上，焊接时用铅垂进行使汇管的DN40的高压三通口垂直向下。在汇管DN40的高压三通口的正下方1.1米处进行拉粉线，用经纬仪校核粉线的直度，用钢尺校核粉线和汇管的距离。

安装汇管下立管，使粉线与立管的下管口正中央重合。汇管安装也要逐个进行四点点焊，点焊完对于不垂直的进行锤击矫正，矫正效果不明显切除重新焊接。点焊完成后再进行打底焊，打底焊完成后进行再次矫正，矫正完后进行填充盖面焊。如下图所示

图2.6.1 进站阀组汇管下立管安装图

再进行从下往上的安装，焊接进站阀组进气管线及出气管线立管。每侧立管用Φ48*4废旧钢管2.5米4根、Φ48*4废旧钢管3.2米4根及Φ48*4废旧钢管18米1根进行固定。Φ48*4废旧钢管2.5米坐立管与进出口立管平行，Φ48*4废旧钢管18米进行横向加固，Φ48*4废旧钢管3.2米打斜撑进行加强，形状就像葡萄架。如下图所示

图2.6.2 进站阀组立管辅助支架

进站阀组进气管线及出气管线立管底部弯头承插口进行点焊，点焊完拉粉线进行找正。找正完所有立管用Φ=4的铁丝双向绑扎在Φ48*4废旧钢管18米上，固定好进行焊接。焊接完在立管的上端进行承插弯头的焊接安装。

图2.6.3进站阀组进气管线及出气管线立管的焊接组装

把预制好的平管段共计31个，进行焊接安装。

图2.6.4 预制完的平管段

管段两端的弯头承插口及管段中间的三通承插口均采用四点点焊法点焊完成后，进行找平找正（5），保证管线的成排上线，找正完成后进行管线焊接。

图2.6.5进站阀组现场焊接顺序示意图

（2）节流阀组焊接，节流阀组从下往上依次焊接安装。首先把预制好的Φ168*6.3的主汇管共计28米进行固定。方法是直接焊接在砼地梁已焊好的管道支撑上如下图所示：

图2.6.6节流阀组主汇管的固定

注意：管道与砼地梁支撑处得焊缝要按照管道防腐的设计要求及时进行防腐，回填前还要做防水防潮措施，最后和汇管一起回填到地下。

汇管按照图纸尺寸位置进行开洞，洞口按照Φ48*6钢管放样，火焊切割马鞍口，同一组立管相邻间隔为0.7m。

把预制好的立管焊接在汇管上，拉粉线，矫正。具体方法同进站阀组。

图2.6.7节流阀组主汇管立管焊接示意图

汇管立管焊接完成后再进行加热炉来气管线的立管的焊接。同样先点焊再在立管上用27米长Φ48*4钢管采用铁丝固定，方法同进站阀组。

两个立管之间打斜撑，在汇管处的同样高度用27米长Φ48*4钢管横梁固定。方法同进站阀组，然后用1.8米长Φ48*4钢管做横撑，3.5米长Φ48*4钢管做斜撑。搭建临时支架，所有于管线连接处均采用铁丝绑扎。制作完后进行其余部分的焊接，方法同进站阀组。

图2.6.8节流阀组支架搭建以及现场施工图

图2.6.8节流阀组现场焊接顺序示意图

2.7阀组竣工

管道焊缝经外观检查及无损探伤合格后进行试压，试压根据压力分区域试压，试压合格后才可以进行补口及保温工作（5）。补口保温工作要注意节流阀组汇管的防腐一定要检查验收合格。回填时要分层回填分层水密，每300mm一层，每层都要进行水坠沙压实系数达到0.85后方可进行下一层回填。最后土建进行场地恢复竣工验收。

图2.7.1进站阀组完工图片

图2.7.2节流阀组完工图片

3.结论

经济效益：自2003年以来，我们共建设集气站32座，改扩建集气站一座，每一项工程的施工工艺和管理方法比以前都有所进步，现在通过在大牛地气田2012年产能建设46#集气站工程的实际应用中，创出了15天完成1两个阀组，68天即施工完46#集气站，与同在一起施工的胜利油建比较：提前工期25天，从而节省了各项费用。

提前工期25天，节约：

人工费25天×46人×100元/天=11.5万元

机械费25天×（1200+1200+800+2200）元/天=13.5万元

合计11.5+13.5=25万元

社会效益：集气站的建设，为大牛地气田的开发提供了有力的保障，是天然气集输最重要的一环。大牛地气田资源丰富，现主要分布在陕北、内蒙古乌审旗、伊金霍洛旗、杭锦旗新区等。46#集气站生产能力为28.8*104m3/d，随着大牛地气田杭锦旗区块也在不断地进行开发，保证了大牛地气田的长期增产。

大牛地气田2012年产能建设46#集气站工程的施工，充分显示了本论文的科学性、合理性，仅用15天即施工完两套阀组，15天完成一座集气站。无损检测一次合格率98％，既保证了阀组管道施工的安装质量，又取得了良好的经济效益和社会效益，而且得到中石化华北分公司、质检总站、濮阳市奥特监理的高度认可，为我公司赢得了很好的声誉。

参考文献

（1）《建筑地基基础工程施工质量验收规范》 GB50202-2002

（2）《焊接手册》 中国机械工程学会焊接学会编 北京：机械工业出版社 2001

（3）《焊接冶金与金属焊接性》周振丰，张文钺.北京：机械工业出版社， 1988

（4）《现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规范》GB50236—2010

（5）《石油天然气站内工艺管道工程施工及验收规范》SY0402-2000